二氧化碳热泵：技术革新与未来能源的关键角色

一、技术定义与工作原理

二氧化碳热泵（CO₂热泵）是以二氧化碳（R-744）为制冷剂的热泵系统，其核心通过跨临界循环实现高效热能转移。与传统热泵不同，二氧化碳在跨临界循环中保持超临界状态（临界温度31.1℃，临界压力7.37MPa），高压侧压力可达8-14MPa，放热时通过气体冷却器而非冷凝器完成热量释放。

工作原理

压缩：压缩机将低温低压的CO₂气体压缩至高温高压超临界状态（温度可达80-100℃）。

放热：高温CO₂在气体冷却器中与冷水或空气换热，输出55-95℃高温热水或热风。

膨胀：经膨胀阀后，CO₂变为低温低压气液混合物进入蒸发器。

吸热：在蒸发器中吸收环境热量后，CO₂重新进入压缩机循环。

二、应用场景

建筑供暖与热水供应

住宅与商业建筑：可在-45℃低温下稳定制热，为寒冷地区提供集中供暖或分户采暖，末端兼容散热器、地暖等多种形式。

大型公共设施：如北京八达岭长城站供暖项目，采用一德CO₂热泵系统，运行环温低至-20℃，室内温度平均可达23℃，系统运行稳定节能。

工业与农业领域

工业余热回收：回收石化、食品加工等行业的低品位废热，转化为高品位热能用于生产流程。

农业温控：维持大棚恒温，提升农作物产量；冷链运输中用于冷藏保鲜。

交通运输

新能源汽车：大众ID系列车型搭载CO₂热泵空调，低温环境下提升电池续航能力。

三、核心优势与挑战

优势

环保性：ODP（臭氧破坏潜能）为0，GWP（全球变暖潜能）仅1，远低于传统制冷剂（如R410A的GWP=2080）。

高效节能：低温环境下COP（能效比）仍可达2以上，制热效率是传统热泵的1.5-2倍。

高温输出：可稳定供应90℃以上热水，满足工业高温需求。

挑战

高压系统要求：需采用不锈钢管道、专用阀门等耐压材料，成本为常规系统的2-3倍。

技术复杂性：需精确控制压力与温度，对传感器、控制器精度要求极高。

维护成本：高压部件易疲劳损坏，需频繁检测密封性和材料强度。

四、市场前景与发展趋势

政策驱动

中国"双碳"目标推动煤改电政策，CO₂热泵被纳入《国家重点推广的低碳技术目录》。

欧洲通过《基加利修正案》限制高GWP制冷剂，加速CO₂热泵替代进程。

市场规模

全球：预计2032年CO₂热泵热水器市场规模将达30.8亿美元，年复合增长率6.9%。

中国：2024年中国空气源热泵市场规模达420亿元，同比增长超30%;预计2030年将突破4000亿元，年复合增长率(CAGR)超15%。

技术创新方向

多能耦合：与太阳能、地热能结合，构建零碳园区综合供能系统。

二氧化碳热泵凭借环保性、高效性和广泛适用性，成为能源转型中的关键技术。尽管面临高压技术门槛和成本挑战，但政策支持与产业链成熟将推动其大规模应用。未来，随着跨临界循环优化和材料创新，CO₂热泵有望在建筑、工业、交通等领域全面替代传统高碳能源设备，助力全球碳中和目标实现。

一德集团经过多年的发展，已建立了完整的热泵产业链，并且拥有自己的核心部件以及主要配件工厂，产品横跨供热、热水、空调、制冷、余热回收、新能源汽车等领域。

一德致力于为家庭和商业应用提供高效节能的解决方案，产品涉及商用CO₂热泵系列机型、复叠CO₂热泵机组系列、户用空气源热泵系列、CO₂热泵热水器、工业用高温、超高温热泵、水源热泵、低碳清洁热源站等类别。

在新能源领域，一德为行业用户提供基于CO₂热泵技术的光热一体、地热、余热回收、工业高温制热、原油加热等能碳一体化热能综合利用解决方案。产品广泛应用于铁路站房、石油化工、矿产冶炼、基础设施、教育院校、部队营房、高速公路、园区场站等行业市场。